Un condensateur fonctionne si ses deux armatures (ou conducteurs) ne se touchent pas, empêchant ainsi le passage de la charge électrique d'un conducteur à l'autre. De même, pour que la charge électrique ne se déplace pas du conducteur vers l'air, l'espace entre les deux conducteurs doit être sous vide. L'article consacré aux condensateurs plans aborde la capacité de ces condensateurs lorsque les deux armatures sont séparées par le vide. La capacité d'un condensateur dans le vide étant limitée, un diélectrique est interposé entre les deux armatures pour l'augmenter.
Un diélectrique est un isolant qui sépare les deux plaques conductrices d'un condensateur. Un isolant est un matériau qui ne conduit pas l'électricité, comme le plastique, le verre, le papier ou le bois. Le rôle d'un diélectrique est d'augmenter la capacité, permettant ainsi au condensateur de stocker une grande quantité de charge électrique et d'énergie potentielle.
Les diélectriques augmentent la capacité car le potentiel électrique entre les deux plaques conductrices est réduit.
Pourquoi la capacité d'un condensateur augmente-t-elle lorsqu'un diélectrique est placé entre ses deux plaques/feuilles conductrices ? Pour répondre à cette question, rappelez-vous d'abord la leçon sur… Charge électriqueLes charges électriques de même signe se repoussent, tandis que les charges électriques de signes opposés s'attirent. Par exemple, les charges positives s'attirent. 
Les objets chargés négativement sont attirés par les objets chargés positivement. Alors, comment expliquer que le plastique chargé négativement puisse attirer de petits morceaux de papier non chargés électriquement ? Cela s'explique par la polarisation des charges sur le papier. Dans les matériaux isolants comme le papier, les électrons ne peuvent pas se déplacer aussi librement que dans les matériaux conducteurs. Ainsi, lorsqu'on approche du plastique chargé négativement de morceaux de papier, les électrons liés aux atomes de ces derniers sont repoussés par le plastique, ce qui provoque une polarisation des charges, positives et négatives, sur le papier. La charge négative du papier s'éloigne du plastique, tandis que sa charge positive s'en rapproche. De plus, la charge négative du plastique attire la charge positive du papier jusqu'à ce que ce dernier, plus léger, se rapproche du plastique.
Le processus de polarisation, ou polarisation de charge, qui se produit dans une feuille de papier est similaire à la polarisation de charge qui se produit dans un diélectrique. Comme illustré sur l'image de gauche, par exemple, il n'y a initialement que deux plaques conductrices chargées électriquement. La plaque de gauche est chargée positivement, tandis que la plaque de droite est chargée négativement ; le champ électrique est donc orienté de gauche à droite.
Une fois le diélectrique placé entre les deux plaques conductrices, la charge positive de la plaque de gauche attire les électrons de la surface diélectrique adjacente, tandis que la charge négative de la plaque de droite les repousse. Les électrons du diélectrique, qui est un isolant, ne peuvent se déplacer librement comme ceux du conducteur. Ils restent donc liés aux atomes, mais une polarisation se crée entre les électrons (chargés négativement) et les protons (chargés positivement), comme illustré. La présence de charges positives à droite et négatives à gauche du diélectrique induit un champ électrique orienté de droite à gauche, affaiblissant ainsi le champ électrique généré par la charge électrique de la plaque conductrice, orienté de gauche à droite. La diminution du champ électrique n'est donc pas due à une diminution de la charge électrique sur les deux plaques/feuilles conductrices, mais à l'apparition d'un champ électrique de direction opposée dans le diélectrique. Lorsque le diélectrique est retiré, l'intensité du champ électrique généré par la charge électrique sur les deux plaques/feuilles conductrices revient à son état initial.
Si l'intensité du champ électrique généré par la charge électrique sur les deux plaques conductrices diminue, alors le potentiel électrique entre les deux plaques conductrices diminue également en raison du champ électrique.
L'électricité est directement proportionnelle au potentiel électrique, comme l'indique l'équation E = V / d, où E = champ électrique, V = potentiel électrique et d = distance entre les deux plaques. Avant la présence d'un diélectrique, le potentiel électrique était de V.o Ainsi, en présence d'un diélectrique, le potentiel électrique est réduit à V par un facteur K. Mathématiquement, Vo = KV ou V = Vo / K ou K = Vo / V, où K = constante diélectrique. Vo > V de sorte que K>1.
Il convient de noter que la quantité de charge électrique sur les deux plaques/feuilles conductrices ne change pas, de sorte que la quantité de charge finale est la même que la quantité de charge initiale (Q = Q).oLa variation de capacité du condensateur est calculée à l'aide de la formule suivante :
Description de la formule : C = capacité finale, C<sub> o</sub> = capacité initiale, Q = charge finale, Q<sub> o</sub> = charge initiale, V = potentiel final, V<sub> o</sub> = potentiel initial, K = constante diélectrique
D'après l'équation ci-dessus, la capacité initiale (C <sub>0</sub> ) est plus faible que la capacité finale (C). La capacité augmente d'un facteur K, où K est la constante diélectrique. La valeur de la constante diélectrique est différente pour chaque matériau isolant. La constante diélectrique (K) est obtenue en comparant la capacité du condensateur avec et sans diélectrique.
Les diélectriques augmentent la capacité car la distance entre les deux plaques conductrices est réduite.
Une autre fonction du diélectrique est de réduire la distance (d) entre les deux plaques conductrices afin que le champ électrique (E) et la tension électrique (V) entre les deux plaques/feuilles conductrices augmentent, comme l'indique l'équation E = V / d. Si le champ électrique et la tension électrique entre les deux plaques/feuilles augmentent, alors la capacité du condensateur augmente.
Si le condensateur en question est un condensateur plan, sa capacité se calcule à l'aide de la formule suivante :
Sur la base des deux formules ci-dessus, on peut conclure que la capacité (C) d'un condensateur à plaques parallèles peut être augmentée en réduisant la distance entre les deux plaques/feuilles conductrices (d).
Les diélectriques augmentent la capacité car la rigidité diélectrique du condensateur augmente.
Les diélectriques sont constitués de matériaux isolants qui, placés dans un champ électrique très intense, subissent un claquage diélectrique. Ce claquage se produit lorsque le champ électrique est si fort qu'il provoque l'arrachement d'électrons aux atomes. Ces électrons entrent alors en collision avec ceux d'autres atomes, induisant un flux d'électrons au sein du diélectrique. Autrement dit, le claquage diélectrique transforme un isolant électrique en conducteur.
Pour éviter tout dommage, chaque diélectrique, constitué d'un matériau isolant donné, possède une valeur maximale de champ électrique qu'il peut supporter : la rigidité diélectrique. La rigidité diélectrique d'un isolant est supérieure à celle de l'air et varie d'un matériau à l'autre. Ainsi, un diélectrique à rigidité diélectrique élevée permet de supporter un champ électrique et une tension plus importants. Si le champ électrique et la tension générés par les deux plaques/feuilles conductrices sont plus élevés, la quantité de charge électrique pouvant être stockée par la plaque conductrice est plus importante. Plus la charge présente dans la plaque conductrice est élevée, plus la capacité du condensateur est grande.
